آیا تا به حال برایتان پیش آمده که بخواهید ولتاژ یا جریان الکتریکی را در یک مدار اندازه‌گیری کنید، اما نتوانید به طور مستقیم آن را اندازه‌گیری نمایید؟ پراب‌ها ابزاری هوشمندانه برای اندازه‌گیری غیرمستقیم مشخصه‌های الکتریکی هستند که بدون قطع مدار، ولتاژ و جریان را اندازه‌گیری می‌کنند. در این مقاله با انواع پراب‌ها، نحوه عملکرد و کاربرد آنها آشنا خواهیم شد و خواهیم آموخت که چگونه با استفاده از پراب‌های مناسب، به طور آسان و ایمن به اندازه‌گیری‌های دقیقی از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی دست یابیم.
پراب چیست؟
پراب یک ابزار اندازه‌گیری بسیار مفید در مهندسی برق و الکترونیک است که برای اندازه‌گیری ولتاژ و جریان در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی به کار می‌رود. پراب‌ها به‌صورت سیمی بلند و نازک هستند و می‌توانند به‌صورت انفرادی یا به‌صورت چندتایی در نقاط مختلف نصب شوند. هر نوع پراب به‌منظور اندازه‌گیری یک ویژگی فیزیکی خاص طراحی شده است. ویژگی‌های پراب:
- بدون نیاز به قطع مدار، امکان اندازه‌گیری را فراهم می‌کند.
- با اتصال به مدار اثر خود را بر روی مدار اعمال می‌کند.
- دارای مقاومت بالایی است تا اثر اندازه‌گیری بر مدار کم باشد.
- دارای یک مدار الکترونیکی حساس است که ولتاژ/جریان را اندازه می‌گیرد.
- انواع مختلفی برای اندازه‌گیری ولتاژ DC/AC و جریان DC/AC دارد.
- ابزاری حیاتی برای تست و عیب‌یابی مدارهاست.
پراب اسیلوسکوپ
پراب اسیلوسکوپ وسیله‌ای است که بین یک نقطه آزمایش یا منبع سیگنال و یک اسیلوسکوپ ارتباط فیزیکی و الکتریکی برقرار می‌کند. بسته به نیازهای اندازه‌گیری شما، این اتصال را می‌توان با چیزی به سادگی طول سیم یا با چیزی پیچیده مانند یک پراب دیفرانسیل فعال انجام داد. اساساً پراب اسیلوسکوپ نوعی رابط است که منبع سیگنال را به ورودی اسیلوسکوپ متصل می‌کند. پراب‌های اسیلوسکوپ دقت بالایی دارند و برای اندازه‌گیری‌های دقیق مناسب هستند.
انواع پراب اسیلوسکوپ
انواع اصلی پراب‌های اسیلوسکوپ عبارت‌اند از:
- ولتاژ یا جریان
- منفعل یا فعال
- تک سر یا دیفرانسیل
- ولتاژ بالا
- پراب اسیلوسکوپ فعال
رایج‌ترین نوع پراب اسیلوسکوپ، پراب ولتاژ غیرفعال است. دو نوع از پراب ولتاژ غیرفعال وجود دارد:
- پراب‌های ولتاژ غیرفعال مغناطیسی: این پراب‌ها بر پایه اصل عملکرد با بررسی میدان مغناطیسی بسیار ضعیف است که توسط جریان مورد بررسی در هادی تولید می‌شود، از ولتاژ موجود در هادی تشخیص می‌دهند.
- پراب‌های ولتاژ غیرفعال الکتریکی: در این نوع پراب‌ها، ولتاژ موجود در هادی به وسیله یک تقویت کننده تقسیم‌کننده کاهش داده شده و ولتاژ کمتری که برای اندازه‌گیری مناسب است، ایجاد می‌شود. سپس ولتاژ حاصل شده اندازه‌گیری می‌شود.
در هر دو حالت، پراب ولتاژ غیرفعال در مقایسه با پراب‌های فعال، دارای چندین مزیت است. برخی از این مزایا شامل کوچک و سبک بودن، استفاده آسان و عدم نیاز به منبع تغذیه جداگانه است.
| نوع | کاربرد |
| پراب ولتاژ غیرفعال | پراب‌های ولتاژ غیرفعال با فاکتورهای تضعیف مختلف – ۱X، ۱۰X و ۱۰۰X – برای محدوده‌های ولتاژ مختلف در دسترس هستند. پراب غیرفعال ۱۰x رایج‌ترین است و معمولاً با اکثر اسیلوسکوپ‌ها عرضه می‌شود. |
| پراب ولتاژ فعال | پراب‌های فعال حاوی اجزای فعال مانند تقویت‌کننده‌ها هستند یا به آنها متکی هستند. اغلب، دستگاه فعال یک ترانزیستور اثر میدانی (FET) است. پراب‌های فعال برای اندازه‌گیری پهنای باند بالاتر استفاده می‌شوند و معمولاً ظرفیت ورودی بسیار پایین‌تری نسبت به پراب‌های غیرفعال ارائه می‌دهند. |
| پراب دیفرانسیل | پراب دیفرانسیل از یک تقویت کننده دیفرانسیل برای کم کردن دو سیگنال استفاده می‌کند که درنتیجه یک سیگنال دیفرانسیل برای اندازه‌گیری توسط یک کانال اسیلوسکوپ ایجاد می‌شود که عملکرد بالاتری را در محدوده فرکانس وسیع‌تری ارائه می‌دهد. |
| پراب ولتاژ بالا | پراب‌های ولتاژ بالا می‌توانند حداکثر تا ۲۰۰۰۰ ولت را عبور دهند. |
| پراب جریان | پراب‌های جریان را می‌توان به روش‌های مختلفی طراحی کرد، معمولاً برای تشخیص قدرت میدان الکترومغناطیسی و تبدیل آن به ولتاژ مربوطه برای اندازه‌گیری توسط اسیلوسکوپ. |
| پراب منطقی | پراب‌های منطقی تأیید و اشکال‌زدایی سیگنال‌های دیجیتال را امکان‌پذیر می‌کنند. |
| پراب نوری | پراب نوری به طور کلی یک مبدل نوری به الکتریکی را تعبیه می‌کند و به سیگنال‌های نوری اجازه می‌دهد تا روی یک اسیلوسکوپ مشاهده شوند. |
توصیف شکل ظاهری یک پراب اسیلوسکوپ
بیشتر پراب‌ها دارای سر یا دسته با نوک پراب هستند. سر پراب به شما این امکان را می‌دهد که پراب را درحالی‌که نوک آن را روی نقطه آزمایش مانور می‌دهید، نگه دارید. اغلب، این نوک پراب به شکل یک قلاب است که به شما امکان می‌دهد پراب را به نقطه آزمایش وصل کنید.
پراب اسیلوسکوپ ازنظر ظاهری معمولاً شامل اجزای زیر است:
- بدنه یا شاسی فلزی که الکترونیک داخلی پراب در آن قرار دارد بدنه پراب‌های اسیلوسکوپ معمولاً از جنس پلاستیک سخت یا فلزی است و در اندازه‌های مختلفی تولید می‌شوند.
- صفحه نمایشگر اسیلوسکوپ که می‌تواند یک یا چند عدد اسیلوسکوپ داشته باشد.
- دکمه‌ها و شستی‌هایی برای کنترل تنظیمات پراب مثل انتخاب محدوده اندازه‌گیری.
- کلید انتخاب نوع اندازه‌گیری مثل ولتاژ DC/AC یا جریان DC/AC.
- ترمینال‌های ورودی که سیم پراب به آنها متصل می‌شود.
- کابل پراب با دو سر کلیپسی برای اتصال به مدار مورد آزمایش.
- در برخی انواع، یک صفحه کوچک برای نمایش مقدار عددی اندازه‌گیری.
- در پشت بدنه ممکن است باتری یا پایه‌هایی برای تغذیه پراب وجود داشته باشد.
پراب اسیلوسکوپ چگونه کار می‌کند؟
یک پراب اسیلوسکوپ یک اتصال با کیفیت بین منبع سیگنال – یا دستگاه تحت آزمایش (DUT) – و یک اسیلوسکوپ فراهم می‌کند. هنگام انتخاب و استفاده از پراب اسیلوسکوپ چندین نکته مهم وجود دارد که باید به آنها توجه کنید، ازجمله:
- اتصال فیزیکی
- تأثیر بر عملکرد مدار
- انتقال سیگنال
پراب‌های اسیلوسکوپ به‌صورت زیر عمل می‌کنند:
- پراب اسیلوسکوپ دارای یک مدار الکترونیکی است که شامل یک آمپلی‌فایر و یک مدار تقویت‌کننده است.
- هنگامی‌که پراب به یک مدار الکتریکی متصل می‌شود، ولتاژ کمی از مدار اصلی به مدار آمپلی‌فایر پراب هدایت می‌شود.
- آمپلی‌فایر این ولتاژ کم را تقویت کرده و به یک ولتاژ متناسب با محدوده نمایشگر اسیلوسکوپ تبدیل می‌کند.
- سپس این ولتاژِ تقویت‌شده به مدار عقربه‌های اسیلوسکوپ فرستاده می‌شود و باعث جابجایی عقربه‌های اسیلوسکوپ می‌گردد.
- با مشاهده میزان جابجایی عقربه‌ها، مقدار ولتاژ یا جریان مدار اصلی به‌صورت غیرمستقیم قابل اندازه‌گیری است.
کاربرد پراب چیست؟
با استفاده از پراب‌ها، می‌توان سیگنال‌های الکتریکی را از منابع مختلف مانند مدارهای الکترونیکی، موتورها، ترانسفورماتورها و سایر دستگاه‌های الکتریکی، اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل کرد. به علاوه، می‌توان با استفاده از پراب‌ها، مشکلات احتمالی سیگنال الکتریکی مانند نویز و سوئیچینگ بین کانال‌های مختلف را شناسایی کرد و رفع کرد.
پراب کاربردهای زیر را دارد:
- بررسی سیگنال‌های الکتریکی در مدارهای الکترونیکی و تجهیزات: پراب‌ها برای اندازه‌گیری و بررسی ولتاژ و جریان الکتریکی در نقاط مختلف مدارها استفاده می‌شود.
- عیب‌یابی مدارهای الکترونیکی: با قرار دادن پراب در نقاط مختلف مدار می‌توان به عیب‌یابی و رفع مشکلات احتمالی پرداخت.
- تحلیل و بهینه‌سازی عملکرد مدارها: پراب اسیلوسکوپ برای بررسی و تنظیم بهینه عملکرد مدارها بکار می‌رود.
- تست و تحلیل کیفیت سیگنال: با پراب می‌توان شکل موج، بسامد و ویژگی‌های مختلف سیگنال را بررسی کرد.
- آموزش و تحقیق درزمینهٔ الکترونیک: پراب ابزار مناسبی برای آزمایش و تحقیق در آموزش الکترونیک است.
بنابراین کاربرد اصلی پراب، بررسی و تحلیل سیگنال‌های الکتریکی در مدارها و تجهیزات الکترونیکی در ارتباطات، الکترونیک، صوت، تصویر و حتی پزشکی است.
نحوه اتصال و تست پراب
برای اتصال و تست پراب، مراحل زیر پیشنهاد می‌شود:
- اتصال پراب به اسیلوسکوپ: سر پراب را به کانکتور ورودی پراب اسیلوسکوپ متصل کنید. مطمئن شوید که اتصال محکم و ایمن است.
- تنظیمات اولیه اسیلوسکوپ: ولتاژ عمودی و افقی را تنظیم کنید. مود اسیلوسکوپ را روی AUTO قرار دهید. تقویت کننده سیگنال را روشن کنید.
- قرار دادن پراب روی مدار: پراب را روی نقطه مورد نظر مدار قرار دهید. از قرار گرفتن درست پراب مطمئن شوید.
- مشاهده و تنظیم سیگنال: سیگنال را روی صفحه اسیلوسکوپ مشاهده کنید. در صورت نیاز تنظیمات ولتاژ عمودی و افقی را انجام دهید. ویژگی‌های سیگنال مانند بسامد و دامنه را بررسی کنید.
با انجام این مراحل، پراب اسیلوسکوپ به درستی متصل و آماده تست می‌شود.
ویژگی‌های یک پراب مناسب برای خرید
یک پراب اسیلوسکوپ ایده آل ویژگی‌های کلیدی زیر را ارائه می‌دهد:
1- سهولت و راحتی اتصال
اندازه‌ها و پیکربندی‌های مختلف پراب برای برآوردن نیازهای اتصال فیزیکی برنامه‌های مختلف طراحی شده‌اند. به همین دلیل باید پرابی را انتخاب کنید که برای کاربرد مورد نظر شما مناسب باشد و اتصال فیزیکی سازگاری با تجهیزات شما داشته باشد.
2- حفظ کامل ویژگی‌های سیگنال در انتقال
سیگنالی که توسط پراب دریافت می‌شود باید بدون هیچ تغییر و تحریفی ازجمله تضعیف، تشدید، تأخیر یا پاشیدگی فازی، به اسیلوسکوپ منتقل شود تا اسیلوسکوپ دقیقاً همان سیگنال موجود در نقطه آزمون را نمایش دهد.
3- بارگیری منبع سیگنال صفر
یک پراب با بارگذاری منبع سیگنال صفر قابل دستیابی نیست. برای ایجاد ولتاژ سیگنال در ورودی اسیلوسکوپ باید حداقل مقدار کمی از جریان سیگنال بکشد. درنتیجه، مقداری بارگذاری منبع سیگنال هنگام استفاده از پراب قابل انتظار است. با این حال، هدف همیشه باید به حداقل رساندن میزان بارگذاری از طریق انتخاب مناسب پراب باشد.
4- ایمنی کامل در برابر نویز
پراب‌های اسیلوسکوپ در برابر همه منابع نویز ایمن نیستند. استفاده از محافظ به پراب‌ها اجازه می‌دهد تا به سطح بالایی از مصونیت نویز برای اکثر سطوح سیگنال رایج دست یابند. با این حال، نویز همچنان می‌تواند برای برخی از سیگنال‌های سطح پایین مشکل‌ساز باشد.
پراب مولتی متر
پراب مولتی متر ابزاری است که برای اتصال مولتی متر به مدار استفاده می‌شود. این پراب معمولاً از دو سیم تشکیل شده است که به یک سوکت در مولتی متر متصل می‌شوند. یک سیم به رنگ قرمز معمولاً برای اتصال به ترمینال مثبت و یک سیم به رنگ سیاه معمولاً برای اتصال به ترمینال منفی به کار می‌رود. برای استفاده از پراب مولتی متر، ابتدا باید سیم های پراب را به سوکت های مربوطه در مولتی متر متصل کنید. سپس، باید پراب‌ها را به نقاط مورد نظر در مدار متصل کنید. دو نوع اصلی پراب مولتی متر وجود دارد:
- پراب سوزنی: این نوع پراب دارای یک نوک سوزنی است که برای اتصال به نقاط کوچک یا نقاطی که دسترسی به آنها دشوار است استفاده می‌شود.
- پراب پنسی: این نوع پراب دارای یک سر پهن است که برای اتصال به نقاط بزرگ یا نقاطی که دسترسی به آنها آسان است به کار می‌رود.
ویژگی‌های پراب مولتی متر
پراب مولتی متر معمولاً دارای ویژگی‌های زیر است:
- سیم های بلند: سیم‌های بلند برای دسترسی به نقاط دور از مولتی متر هستند.
- عایق محکم: عایق قوی برای محافظت از کاربر در برابر برق گرفتگی استفاده می شود.
- پایه‌های قابل تعویض: پایه‌های قابل تعویض برای اتصال به انواع مختلف سیم‌ها استفاده می شوند.
نظرات کاربران